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Maschine, in welcher nach dem Verdrängungsprinzip ein Energieaustausch zwischen einem flüssigen oder gasförmigen Mittel und einem rotierenden System stattfindet.
Gegenstand des Stammpatentes Nr. 143922 ist eine Maschine, in welcher nach dem Verdrängungsprinzip ein Energieaustausch zwischen einem flüssigen oder gasförmigen Mittel (Arbeitsmedium) und einem rotierenden mechanischen System stattfindet, indem zwei oder mehrere Verdrängerkörper, die in kinematischer Abhängigkeit von dem rotierenden System beweglich angeordnet sind, im Hohlraum eines Gehäuses relativ zu diesem eine Trochoidenbewegung ausführen, wobei sie miteinander und mit den an sie grenzenden Gehäusewänden, die annähernd nach den Hüllfläche der von den Punkten der Verdrängerkörper beschriebenen Trochoidenbahnen geformt sind, eine oder mehrere zur Aufnahme des Arbeitsmediums bestimmte raumveränderliche Kammern bilden.
Dabei sind die folgenden Definitionen zu beachten : Gewöhnlich nennt man Trochoide jede Kurve, die durch die doppeltkreisende Bewegung eines Punktes entsteht, also durch die Drehung eines Punktes um eine Achse, die selbst um eine zweite Achse rotiert. Man kann aber allgemeiner-und diese Definition gilt hier ebenso wie im Stammpatentzu den Trochoiden auch jene Kurven rechnen, die durch Superposition einer doppeltkreisenden und einer schwingenden Bewegung eines Punktes zustande kommen. Ein Körper vollführt eine Trochoidenbewegung, wenn seine Punkte Trochoidenbahnen beschreiben. Somit ist die Trochoidenbewegung eine doppeltkreisende Bewegung des Körpers um zwei Drehachsen, mit oder ohne Superposition einer schwingenden Bewegung.
Im Stammpatent wurden lediglich Ausführungsbeispiele der neuen Maschine beschrieben, bei denen die Trochoidenbewegung der Verdrängerkörper relativ zum Gehäuse eine ebene Bewegung ist, bei denen also alle Punkte der Verdrängerkörper ebene Kurven beschreiben und die beiden Achsen der doppeltkreisenden Bewegung zueinander parallel sind. Man kann aber auch-und dieser Vorschlag bildet den Gegenstand der vorliegenden Erfindung-die Maschine so ausbilden, dass die Verdrängerkörper relativ zum Gehäuse eine "räumliche" Trochoidenbewegung ausführen, d. h. eine Bewegung, bei der die Trochoidenbahnen der Körperpunkte Raumkurven sind.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Trochoidenbewegung eine doppeltkreisende Bewegung mit schräg oder senkrecht zueinander verlaufenden Drehachsen vorgesehen wird.
Die schematische Darstellung der Fig. 1 der Zeichnung dient zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, bei welchem die Drehachsen der doppeltkreisenden Bewegung aufeinander senkrecht stehen. Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen (in einem grösseren Massstab) je eine Bewegungperiode der Verdrängerkörper 2, u. zw. an einem durch diese Körper und die angrenzenden Gehäusewände gelegten, in die Zeichenebene abgewickelten Schnitt mit der in Fig. 1 angedeuteten Zylinderfläche Z.
In der Zeichnung ist eine"Zweirotoren"-Maschine nach der Erfindung dargestellt, also eine Maschine, bei der, wie dies im Stammpatent an Hand der Fig. 7 und 8 erläutert wurde, sowohl das Gehäuse als auch das die Verdrängerkörper tragende Rad drehbar angeordnet sind, so dass das Arbeitsmedium in den Kammern der Maschine den Energieaustausch zwischen zwei rotierenden mechanischen Systemen vermitteln kann. Aus einer solchen Zweirotorenmaschine können durch Festbremsen eines der rotierenden Systeme oder durch Ersatz desselben durch ein ortsfestes System die verschiedenen Arten von Einrotorenmaschinen leicht als Spezialfälle abgeleitet werden, wie dies gleichfalls im Stammpatent gezeigt wurde,
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6 und 16 sind die Wellen der beiden rotierenden mechanischen Systeme (Rotoren), z.
B. 6 die treibende und 16 die getriebene Welle. Die flügelartigen Verdrängerkörper 2 (Verdrängerflügel) sind mit ihren Achsen 3 (Flügelachsen) in einem auf der Welle 6 befestigten Tragkörper 7 (Flügelrad) drehbar gelagert, u. zw. so, dass die Achsen 3 stets senkrecht zur Welle 6 stehen. Der Gehäusehohlraum, in welchem die Verdrängerflügel 2 ihre Trochoidenbewegung ausführen sollen, wird auf den Stirnseiten der Flügel von Wänden 51 des Flügelrades begrenzt, die zwecks guter Abdichtung als Teile von Kugelflächen (Kugelzonen) ausgebildet sind, deren Mittelpunkt im Schnittpunkt 52 der beiden Drehachsen der Trochoidenbewegung, also im Schnittpunkt der Flügeldrehachse mit der Flügelraddrehachse liegt.
Dementsprechend sind auch die an die Wände 51 grenzenden Stirnflächen oder Stirnkanten der Flügel 2 als Teile von Kugelflächen bzw. als solchen Flächen angehörende Kurven (z. B. Kreisbögen) mit dem Kugelzentrum in 52 geformt. Diese Ausbildung der Stirnwände des Gehäusehohlraumes und der Stirnflächen oder-kanten der Verdrängerflügel empfiehlt sich auch bei jenen Ausführungsformen der Maschine, bei denen die Drehachsen der doppeltkreisenden Bewegung schräg zueinander verlaufen.
Ausser durch die Flügelradwände 51 wird der Gehäusehohlraum noch durch die ringförmig verlaufenden Gehäusewände 1 begrenzt, welche annähernd nach Hüllfläche der von den Mantelpunkten der Verdrängerflügel beschriebenen Trochoidenbahnen geformt sind ; die Kurven 5 und 5'in Fig. 2 und Fig. 3 zeigen die Schnittlinien der Wandflächen 1 mit der kreiszylindrischen Fläche Z. Das Gehäuse mit den Wänden 1 wird von der Welle 16 getragen, so dass es mit dieser Welle rotiert. Mit 50 ist eine Leitung angedeutet, durch welche das Arbeitsmedium dem Gehäusehohlraum zugeführt bzw. aus ihm abgeführt werden kann.
Um die gewünschte Trochoidenbewegung relativ zum Gehäuse auszuführen, müssen die Verdrängerflügel 2 um ihre Achsen 3 mit einer Winkelgeschwindigkeit rotieren, die zur Differenz zwischen den Winkelgeschwindigkeiten des Gehäuses und des Flügelrades in einem festen Verhältnis-sein Wert sei mit k bezeichnet-steht. Die hiezu erforderliche Kinematik besteht in dem Beispiel der Zeichnung aus dem Zahnradgetriebe 9, welches die Drehung der Flügel durch auf den Achsen 3 sitzende Zahnräder von einem auf der Welle 16 befestigten Zahnrad (Sonnenrad) ableitet. Statt des Zahnradgetriebes könnte auch eine der im Stammpatent beschriebenen kinematischen Verbindungen oder irgendein anderer für den vorliegenden Zweck geeigneter Antrieb der Flügel vorgesehen werden. Für k wird man vorzugsweise
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Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, nimmt der Rauminhalt jeder Arbeitskammer während einer Bewegungsperiode der Flügel 2 von einem Maximalwert bei 56 bis zu einem Minimalwert bei 57 ab, um sodann wieder bis zu seinem Maximalwert bei 56 anzuwachsen. Infolgedessen arbeitet die Maschine nach dem Verdrängungsprinzip. Sind die Kammern mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche durch die Konstruktion der Maschine oder durch Absperrorgane verhindert ist, aus den Kammern zu entweichen, so erzwingt, bei vollkommener Abdichtung der Spalte zwischen den Flügeln und der Gehäusewand, der Widerstand, den die Flüssigkeit einer Drehung der Flügel 2 entgegensetzt, eine gleichsinnige und gleich schnelle Rotation des Flügelrades und des Gehäuses, d. h. die Maschine arbeitet als hydraulische Synchronkupplung.
Kann dagegen die Flüssigkeit durch die Spalte oder, wie dies Fig. 3 andeutet, durch besondere Kanäle 58, 59 von den Arbeitskammern der Druckseite in jene der Saugseite (in Fig. 3 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles) strömen, so findet eine Drehung der Flügel 2 um ihre Achsen 3 mit einer den Spalt- oder Umlaufverlusten entsprechenden Winkelgeschwindigkeit statt und die Maschine arbeitet im asynchronen Kupplungsbetrieb mit einem Schlupf, dessen Grösse durch entsprechende Drosselung der Umlaufströmung, z. B. durch Verstellung der Klappe 60, auf einen gewünschten Wert eingeregelt werden kann.
Wird die Klappe 60 ganz geschlossen und die Flüssigkeit vom Kanal 58 in den Kanal 59 über eine Vorrichtung geleitet, in der die Flüssigkeit hydraulische Energie abgibt oder aufnimmt (Pumpe oder Turbine), so wirkt die Maschine gleichzeitig als hydraulische Momentenkupplung und als hydraulischer Generator oder Motor ; sie bildet dann eine Energieverzweigungsstelle, wie dies im Stammpatent näher erläutert wurde. Wird das Gehäuse oder das Flügelrad festgebremst oder als
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und 15 angedeutet-, so erhält man eine Maschine, die bloss als Generator oder Motor arbeitet.
Die Maschine nach der Erfindung ist aller jener Anwendungen und Ausbildungen fähig, die im Stammpatent angeführt wurden, insbesondere auch hinsichtlich der Anordnung und konstruktiven Durchbildung ihrer Einzelteile, wie beispielsweise der Gestalt der Verdrängerflügel, der Verlegung der Gasund Flüssigkeitsleitungen, der Mittel zur regelbaren Veränderung der Grösse des Gehäusehohlraumes, der Vereinigung zweier Maschinen zu einem Aggregat mit drei Rotoren usw. Dabei ist selbstverständlich auf jene die Konstruktion beeinflussenden Unterschiede Bedacht zu nehmen, die durch die zur Flügelradachse senkrechte oder schräge Lage der Flügelachsen bedingt sind.
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